中國天文學家揭開太陽暗條感應爆發的完整物理圖像

太陽暗條是懸浮於太陽高溫稀薄大氣中冷而密的等離子體，在Hα和極紫外波段表現為日面上的暗纖維結構，而當其位於日面邊緣時則表現為明亮的凸出結構（此時亦被稱作日珥）。在太陽爆發經典模型中，一個穩定暗條會在特定機制（如磁重聯或理想磁流體力學不穩定性）的作用下失穩爆發，從而觸發耀斑和日冕物質拋射等嚴重影響近地空間環境的太陽爆發事件。因此，關於暗條爆發過程的研究對於理解太陽大氣磁場演化、太陽爆發活動，進而預測相關的災害性空間天氣具有重要意義。

暗條爆發通常表現為：單個暗條失穩抬升，在其下方形成電流片，磁重聯過程在此發生並加速局部粒子使其沿著新形成的磁環向下運動、轟擊低層大氣，從而形成耀斑帶和耀斑環。若暗條最終成功逃逸出太陽大氣，則會形成日冕物質拋射進入行星際空間。此類暗條爆發過程，已在過去幾十年間大量的觀測和模擬工作中研究得十分透徹。然而，在太陽大氣中，除了常見的單個暗條失穩爆發，尚存在另一種暗條爆發過程：多個暗條間的感應爆發過程（感應爆發是指在較短時間內發生在太陽上不同地點但彼此間又存在聯繫的爆發現象）。最近的模擬研究顯示暗條間的感應爆發是由大範圍的背景磁場聯繫在一起的，且與磁重聯密切相關。但是，由於高質量觀測數據積累有限等客觀條件的限制，對於此類暗條間感應爆發完整過程的觀測報導較為罕見，因此，相應的物理圖像也難以獲得直接的觀測證據支持。

中國科學院國家天文台副研究員侯義軍等人利用太空和地面太陽觀測數據，並藉助非線性無力場外推方法對一個典型暗條感應爆發事件（上圖）的完整物理過程進行詳細研究。結果顯示，當第一個暗條（F1）由低層大氣磁對消擾動而爆發時，一個輻射亮帶出現在第二個尚處於平衡狀態暗條（F2）的南側區域，並不斷向靜止暗條靠近。這一現象暗示，爆發的F1不斷抬升其上方磁場並向F2靠近，最終與F2的上覆磁場不斷地發生外部磁重聯，從而在F2附近形成了向內傳播的亮帶。同時非線性無力場外推結果的時序演化顯示，在爆發前夕，兩個暗條的上覆磁場形成了一個有利於外部磁重聯發生的四極場位型，並存在一個可能的磁零點。隨著外部磁重聯的不斷進行，該磁零點持續下降，F2的上覆磁場也不斷地被重構，最終表現為東強西弱的不均勻分佈，並導致了F2的部分爆發。侯義軍等人從感應爆發發生前的磁場位型、發生時的觀測特徵和發生後的磁場重構等角度構建一個完備的演化證據鏈條，揭開暗條感應爆發過程的完整物理圖像，並指出發生在兩個暗條上覆磁場間的外部磁重聯及其造成的上覆磁場重構觸發暗條間的感應爆發。

太陽多時空範圍活動的耦合過程是太陽物理研究中的一個基本問題，其中不同爆發活動體之間的物理聯繫和相互作用過程對於理解太陽大氣磁場結構和太陽爆發活動過程意義重大。侯義軍等人所揭露的太陽暗條感應爆發的完整物理圖像，促進了人們對於暗條爆發過程及其與大範圍日冕磁場之間聯繫的認識，並對未來關於暗條感應爆發的研究工作提出了新的要求：需結合暗條軸向和爆發方向的實際情況，考慮其上覆磁場和相互作用過程的複雜性。

【圖、文：節錄自中國科學院國家天文台網頁；新聞訊息由林景明提供】研究全文將會刊登在2020年8月21日出版的《天文學及天體物理學報》